Согласитесь, сегодня сложно представить гоночный мотоцикл без обтекателя из карбонового волокна. Такую деталь производят из углепластика (карбона). Интересно, как этому материалу удается быть легче алюминия и прочнее стали.
Все начинается с мягких синтетических волокон, содержащих в себе атомы углерода (С). Диаметр 1 мононити почти в 10 раз тоньше человеческого волоса. В жгуте их бывает до 48 тысяч штук, примерно из таких же сделан ваш обычный свитер.
На заводе компании Росатом, который производит углеволокно, многоуровневый механизм протягивает жгуты, образуя несколько лучей.
В зоне формирования лучей нельзя допустить возникновения статического электричества, поэтому воздух постоянно увлажняют чистой водой.
Лучи формируют единый поток из 400 жгутов, его протягивают в многоуровневой печи при температуре от 200 до 300 С°. За полтора часа жгуты постепенно меняют цвет от светло золотистого до угольно-черного. Это значит они стали плотными, закаленными и готовы к последующей стадии создания углеволокна.
Далее жгуты попадают в низкотемпературную, а затем и высокотемпературную печь карбонизации. Температура внутри достигает 1800 С°, и на выходе получается карбоновое волокно:
- волокно уменьшилось в диаметре, из-за потери массы;
- получило прочную структуру;
- получило металлический блеск.
Но нити слишком гладкие, чтобы использовать их как армирующий материал, поэтому карбоновое волокно пропускают через ванну электролиза, а затем промывают чистой водой. Это делает поверхность не такой гладкой и готовой к следующему этапу.
После водных процедур карбоновое волокно сушат на крупных валах и отправляют на пропитку в клейкий раствор, на основе эпоксидной смолы. Смола защищает будущее углеволокно от повреждений.
Когда волокно высохнет в инфракрасной камере, его проверяют на прочность. Запечённый образец нитей зажимают механические захваты, и запускают процесс разрыва. Если карбоновое волокно выдерживает нагрузку не менее 200 килограммов, значит, из этой партии можно делать ткань, которая станет основой для будущих деталей.
Тем временем, в цеху по производству ткани, нити заправляют в ткацкий станок. Более 600 жгутов снова соединяются в единый поток на пути к движущимся рамам с поперечными зубцами. Нити заходят в отверстие между ними, чем больше зубьев в станке, тем плотнее будет ткань. Со скоростью 15 м/час ткацкий станок производит карбоновое полотно.
Узнаете диагональный узор из рубчиков, это саржевое переплетение.
Оно более устойчиво к разрыву и более гибкое, поэтому легко примет заданную форму. Но чтобы из ткани сделать прочную карбоновую деталь, ее надо пропитать клейким связующим раствором.
Раствор подают между валами, разогретыми до 60 С°, они наносят слой связующего на пленку, которую запечатывают карбоновой тканью. Тогда клейкий раствор тщательно пропитает волокна. Клейкая карбоновая ткань называется препрег.
Заранее вырезанный по трафарету препрег выкладывают на форму будущей детали. Покрывают слоем разделительной пленки, она удержит клейкий раствор от растекания и сформируют ровную внутреннюю поверхность детали. Поверх пленки кладут дренажный впитывающий материал, для равномерного распределения давления.
Многослойную конструкцию помещают в специальный мешок и запускают процесс вакуумизации. Далее собранный пакет закрывают в камере нагрева. При температуре выше 100 С° клейкий раствор внутри препрега растечется, и материал образует монолитную форму. Пакет продолжат нагревать, пока деталь не превратится в пластик.
Спустя пару часов отделяет пакет и дренажный материал от готового изделия. Осталось охладить его для финальной обрезки и можно покрывать лаком.
Пройдя путь, от синтетической нити до прочной и легкой детали, карбоновое волокно поможет разогнаться до высоких скоростей, повысит эффективность торможения и уменьшит вибрацию во время гонки. Только помните, технику безопасности ещё никто не отменял.
Спасибо за внимание.